La isopenicilina N sintasa ( IPNS ) es una proteína de hierro no hemo que pertenece a la familia de las dioxigenasas oxidorreductasa dependientes de 2-oxoglutarato (2OG) . Esta enzima cataliza la formación de isopenicilina N a partir de δ- ( L -α-aminoadipoil) - L -cisteinil- D -valina ( LLD -ACV).
isopenicilina N sintasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.21.3.1 | |||||||
No CAS. | 78642-31-6 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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- N - [(5 S ) -5-amino-5-carboxipentanoil] - L -cisteinil- D -valina + O 2isopenicilina N + 2 H 2 O
Esta reacción es un paso clave en la biosíntesis de antibióticos de penicilina y cefalosporina . [1]
Los sitios activos de la mayoría de las isopenicilina N sintasas contienen un ión de hierro . [2]
Esta enzima también se llama isopenicilina N sintetasa .
Mecanismo
Un ion metálico Fe (II) en el sitio activo de la enzima está coordinado por al menos dos residuos de histidina , un residuo de aspartato , un residuo de glutamina y dos moléculas de agua en ausencia de un sustrato unido . [2] Solo se conservan por completo dos residuos de histidina y un residuo de ácido aspártico. Por tanto, es muy significativo que estos dos residuos de histidina, His214 e His270, y un residuo de ácido aspártico, Asp216, sean precisamente los esenciales para la actividad. [3] Cuando el ACV se une al sitio activo, Gln330 y una molécula de agua se reemplazan por el tiolato de ACV . [2]
El tripéptido lineal δ- ( L -α-aminoadipoil) - L -cisteinil- D -valina ( LLD -ACV) debe ensamblarse primero a partir de los aminoácidos que lo componen mediante N- (5-amino-5-carboxipentanoil) -L-cisteinil -D-valina sintasa (ACV sintasa). [4] Esto permite la unión del sustrato ACV al grupo tiol desprotonado del residuo de cisteína . Esta ligadura del tiolato al centro de hierro ancla el ACV dentro del sitio activo. [2]
La ligadura de ACV da como resultado una disminución del potencial redox FeII / FeIII , lo que facilita la reducción del dióxido de oxígeno a superóxido. La formación de un enlace RS-FeIII altamente covalente [5] [6] reduce la barrera de activación a la unión de dioxígeno, iniciando así el ciclo de reacción. [2] Tiene lugar una transferencia de átomo de hidrógeno intramolecular desde C-3 del residuo de cisteína (BDE = 93 kcal / mol) al oxígeno superoxo distal, convirtiendo así el FeIII de nuevo al estado de oxidación FeII. En este proceso se producen un tioaldehído y un ligando hidroperoxi (OOH). El hidroperoxi ligando desprotona la amida que luego cierra el anillo de β-lactama mediante un ataque nucleófilo en el carbono del tioaldehído. [4]
Esto hace que el átomo de hidrógeno en el C-3 del residuo de valina se acerque al ligando oxo de hierro (IV) que es altamente electrofílico. Se produce una segunda transferencia de hidrógeno, que muy probablemente produce un radical isopropilo que cierra el anillo de tiazolidina atacando el átomo de azufre de tiolato . [4]
Papel en la formación de antibióticos
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/e/e5/Antibiotic_formation_pathway.svg/350px-Antibiotic_formation_pathway.svg.png)
Siguiendo la vía IPNS, otras enzimas son responsables de la epimerización de isopenicilina N a penicilina N, la derivatización a otras penicilinas y la expansión del anillo que eventualmente conduce a las diversas cefalosporinas. [1]
Esto muestra cómo IPNS ocupa un papel temprano y clave en la vía biosintética de todas las penicilinas y cefalosporinas, que son diferentes tipos de antibióticos β-lactámicos . Esta clase de antibióticos es la más utilizada. Actúan inhibiendo la síntesis de la capa de peptidoglicano de las paredes celulares bacterianas , lo que es especialmente importante en los organismos grampositivos.
Hay varios tipos de penicilinas que se pueden usar para tratar diferentes tipos de infecciones bacterianas . [7] No funcionan para infecciones causadas por virus , como resfriados o gripe . [8]
Estudios estructurales
A finales de 2007, se han resuelto 26 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1ODM , 1UZW , 1W03 , 1W04 , 1W05 , 1W06 , 1W3V , 1W3X , 2BJS , 2BU9 , 2IVI , 2IVJ , 2JB4 , 1QJE , 1ODN , 1HB1 , 1HB2 , 1HB3 , 1HB4 , 1QIQ , 1QJF , 1BK0 , 1BLZ , 1OBN , 1OC1 , 1IPS
Referencias
- ↑ a b Cohen G, Shiffman D, Mevarech M, Aharonowitz Y (abril de 1990). "Genes microbianos de isopenicilina N sintasa: estructura, función, diversidad y evolución". Trends Biotechnol . 8 (4): 105-11. doi : 10.1016 / 0167-7799 (90) 90148-Q . PMID 1366527 .
- ^ a b c d e Roach PL, Clifton IJ, Hensgens CM, Shibata N, Schofield CJ, Hajdu J, Baldwin JE (junio de 1997). "Estructura de la isopenicilina N sintasa complejada con el sustrato y el mecanismo de formación de penicilina" . Naturaleza . 387 (6635): 827-30. doi : 10.1038 / 42990 . PMID 9194566 . S2CID 205032251 .
- ^ Borovok I, Landman O, Kreisberg-Zakarin R, Aharonowitz Y, Cohen G (febrero de 1996). "Sitio ferroso activo de isopenicilina N sintasa: análisis genético y de secuencia de los ligandos endógenos". Bioquímica . 35 (6): 1981–7. doi : 10.1021 / bi951534t . PMID 8639682 .
- ^ a b c Schenk WA (octubre de 2000). "Isopenicilina N sintasa: una enzima en el trabajo". Angew. Chem. En t. Ed. Engl . 39 (19): 3409–3411. doi : 10.1002 / 1521-3773 (20001002) 39:19 <3409 :: AID-ANIE3409> 3.0.CO; 2-T . PMID 11091371 .
- ^ Kovacs JA, Brines, LM (julio de 2007). "Comprensión de cómo el tiolato de azufre contribuye a la función de la enzima superóxido reductasa de hierro no hemo" . Acc. Chem. Res . 40 (7): 501–509. doi : 10.1021 / ar600059h . PMC 3703784 . PMID 17536780 .
- ^ Kovacs JA, Brines, LM (mayo de 2007). "Estudios de VTVH-MCD y DFT de unión de tiolato a {FeNO} 7 / {FeO2} 8 complejos de isopenicilina N sintasa: determinación de sustrato de oxidasa frente a actividad oxigenasa en enzimas no hem Fe" . Mermelada. Chem. Soc . 129 (23): 7427–7438. doi : 10.1021 / ja071364v . PMC 2536647 . PMID 17506560 .
- ^ Geddes AM, Williams JD (1976). Farmacología de los antibióticos . Boston, MA: Springer EE. UU. ISBN 978-1-4684-3123-0.
- ^ Anderson L. "¿Por qué los antibióticos no matan a los virus?" . Drugs.com .
Otras lecturas
- Miller FD, Chapman JL, Queener SW (1992). "Especificidad de sustrato de isopenicilina N sintasa". J. Med. Chem . 35 (10): 1897–914. doi : 10.1021 / jm00088a028 . PMID 1588566 .
- Andersson I, Schofield CJ, Baldwin JE (1995). "La estructura cristalina de la isopenicilina N sintasa es la primera de una nueva familia estructural de enzimas". Naturaleza . 375 (6533): 700–4. Código Bibliográfico : 1995Natur.375..700R . doi : 10.1038 / 375700a0 . PMID 7791906 . S2CID 22804064 .